Gsadryer.ru

Промышленное оборудование
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое диэлектрические потери и из-за чего они возникают

Применение электроизоляционных материалов основано на том, что они препятствуют электрическому току преодолевать некоторое пространство, ограниченное изолятором. Идеальный изолятор должен абсолютно исключить условия для проводимости электрического тока. К сожалению, в природе не существует таких материалов. Таких диэлектриков также не сумели создать в лабораторных условиях.

Теоретически можно обосновать существование идеальных изоляторов, но синтезировать на практике такие вещества не реально, так как даже ничтожно малая доля примесей образует диэлектрическую проницаемость. Иначе говоря, рассеяния энергии в диэлектрической среде будут наблюдаться всегда. Речь может идти об усилиях, направленных на уменьшение таких потерь.

Исходя из того, что часть электроэнергии неизбежно теряется в изоляторе, был введён термин «диэлектрические потери» – необратимый процесс преобразования в теплоту энергии электрического поля, пронизывающего диэлектрическую среду, То есть, это электрическая мощность, направленная на нагревание изоляционного материала, пребывающего в зоне действия электрического поля.

Значение потерь определяется как отношение активной мощности к реактивной. Обычно активная мощность, потребляемая диэлектриком очень мала, по сравнению с реактивной мощностью. Это значит, что искомая величина тоже будет мизерной – сотые доли от единицы. Для вычислений используют величину «тангенс угла», выраженную в процентах.

Электрическую характеристику, выражающую рассеивающее свойство диэлектрика, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. При расчётах принято считать, что диэлектрик является изоляционным материалом конденсатора, меняющего ёмкость и дополняющий до 90º угол сдвига фаз φ, образованный векторами напряжения и тока в цепи. Данный угол обозначают символом δ и называют углом рассеивания, то есть, диэлектрических потерь. Величина, численно равна тангенсу данного угла ( tgδ ), это и есть та самая характеристика диэлектрического нагрева.

tgδ применяется в расчётах для определения величины рассеиваемой мощности по соответствующей формуле. Поэтому его вычисление имеет практическое значение. Введение понятия тангенса угла позволяет вычислять относительные значения диэлектрических потерь. А это позволяет сравнивать по качеству различные изоляторы.

Читайте так же:
Розетка товары для машины

Именно этот показатель или просто угол δ производители трансформаторных масел указывают на упаковке своей продукции. По величине угла ( tg δ ) можно судить о качестве изолятора: чем меньше угол δ, тем высшие диэлектрические свойства проявляет изоляционный материал.

Кафедра физики и технологии электротехнических материалов и компонентов (фтэмк)

Кафедра физики и технологии электротехнических материалов и компонентов (ФТЭМК)

Кафедра была создана в 1930 году для подготовки специалистов по электротехническим материалам, электроизоляционной и кабельной технике. В 1953 году была открыта специальность Диэлектрики и полупроводники.

На кафедре работали и работают известные ученые и специалисты по электроизоляционой и полупроводниковой технике, среди них: проф. Арсеньев П.А., проф. Балбашов А.М., проф. Брагин С.М., проф. Голубцова В.А., проф. Дроздов Н.Г., проф. Комарков Е. Ф., проф. Красилов А. В., проф. Кустов Е.Ф., проф. Мартюшов К.И., проф. Медведев С.А., проф. Пешков И.Б., проф. Попов А.И, проф. Привезенцев В.А., проф. Тареев Б.М., проф. Трутко А.Ф.

В настоящее время подготовка специалистов ведется по двум специальностям:

180300 — Электроизоляционная и кабельная техника;

200100 — Материалы и элементы твердотельной электроники

Выпускники специальности 180300 специализируются в областях:

В 1994 году на базе специальности Электроизоляционная и кабельная техника начата подготовка специалистов для работы по компьютерному рекламному и техническому проектированию в области электроизоляционной, конденсаторной и кабельной техники.

Выпускники специальности 200100 специализируются в областях:

материаловедение элементной базы электронной техники;

полупроводниковые структуры и материалы электронной техники;

материалы и компоненты квантовой электроники;

диэлектрические материалы и структуры электронной техники.

Начата подготовка специалистов для работы в области медицинской и биоэлектроники.

Предметом научной деятельности кафедры является разработка, исследование и совершенствование электротехнических и радиоэлектронных материалов для использования в электроэнергетическом, электротехническом и радиоэлектронном оборудовании, разработка научных основ проектирования и производства электрической изоляции, кабелей, проводов, электрических конденсаторов, полупроводниковых материалов и элементов.

111250, Россия, Москва, Е-250, Красноказарменная ул. 14

Читайте так же:
Смартфон не заряжается от розетки только от компьютера

Диэлектрические материалы


Полимеры. Общие свойства

Для изготовления изоляции используют большое число материалов, относящихся к группе полимеров. Полимеры — высокомолекулярные соединения, имеющие большую молекулярную массу. Молекулы полимеров, называемые макромолекулами , состоят из большого числа многократно повторяющихся структурных группировок ( элементарных звеньев ), соединенных в цепи химическими связями. Например, в молекуле поливинилхлорида:

— CH 2 — CHCl — CH 2 — CHCl — CH 2 — CHCl — CH 2 — CHCl — CH 2 — CHCl —

повторяющимся звеном является группировка:

Полимеры получают из мономеров — веществ, каждая молекула которых способна образовывать одно или несколько составных звеньев. Так как полимеры представляют собой смеси молекул с различной длиной цепи, то под молекулярной массой полимера понимают ее среднее статистическое значение. Молекулярная масса полимера может достигать значение несколько миллионов.

Степень полимеризации является важной характеристикой полимеров — она равна числу элементарных звеньев в молекуле. Например, структурную формулу поливинилхлорида можно записать в компактном виде

где n — степень полимеризации. Полимеры с низкой степенью полимеризации называют олигомерами .

Полимеризацией называют реакцию образования полимера из молекул мономера без выделения низкомолекулярных побочных продуктов. При этой реакции в мономере и элементарном звене полимера соблюдается одинаковый элементный состав. Примером реакции является полимеризация этилена:

nH 2 C = CH 2 —> (- H 2 C — CH 2 -) n .

Поликонденсация — реакция образования полимера из мономеров с одновременным образованием побочных низкомолекулярных продуктов реакции (воды, спирта и др.). Элементный состав мономерной молекулы отличается от элементного состава поимерной молекулы. Реакция поликонденсации лежит в основе получения важнейших высокополимеров, таких как фенолформальдегидные, полиэфирные смолы и др. Термином смола в промышленности иногда пользуются наряду с названием полимер.

Полимеры делят на два типа — линейные и пространственные в зависимости от пространственной структуры макромолекул. В линейных полимерах макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру. Макромолекулы пространственных полимеров связаны в общую сетку.

Читайте так же:
Розетка для сети 12 вольт

Термопластические полимеры ( термопласты ) получают на основе полимеров с линейной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают. При этом процессе не происходит никаких химических изменений. Для электрической изоляции применяются в основном в форме нитей или пленок, получаемых из расплавов. Способность к формированию и к растворению в подходящих по составу растворителях сохраняется у них и при повторных нагревах.

Термореактивные полимеры получают из полимеров, которые при нагревании или при комнатной температуре вследствие образования пространственной сетки из макромолекул (отверждения) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Этот процесс является необратимым.

Линейные аморфные и кристаллизующиеся полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном , высокоэластичном и вязкотекучем . Кристаллические полимеры обычно содержат как кристаллическую, так и аморфную фазы. Многие свойства полимеров зависят от соотношения аморфной и кристаллической фаз — степени кристалличности .

Электрические свойства полимеров . Для неполярных, очищенных от примесей полимеров, полученных полимеризацией (полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен и др.) характерны большие значения (10 14 — 10 16 Ом . м), малый tg (порядка 10 — 4 ), малое значение (2.0 — 2.4). Полярные полимеры имеют более низкие значения , большие значения и tgб . Относительная диэлектрическая проницаемость слабополярных полимеров составляет обычно 2.8 — 4.0; для полярных в зависимости от строения полимера она меняется от 4 до 20. Влияние строения полимера на в основном определяется значением дипольного момента отдельного звена макромолекулы и числом полярных групп в единице объема. значительно возрастает при увеличении в полимере содержания воды. Увеличение степени кристалличности также приводит к увеличению . Так, у аморфного полистирола составляет 2.49 — 2.55, у кристаллического — 2.61. Для применения полимеров в кабельной технике предпочтительнее материалы с малой (неполярные и слабополярные полимеры), в конденсаторостроении — с повышенными значениями . При высоких частотах используются такие полимеры как полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, в которых мала и диэлектрические потери. В низкочастотных конденсаторах или при постоянном токе, можно применять полимеры с повышенными значениями в стеклообразном состоянии.

Читайте так же:
Установка розетки телефонной расценка

Значения tg зависят от химического строения, структуры полимера. Низкомолекулярные примеси и, в частности, влага, включения пузырей воздуха, пыль, частицы низко- и высокомолекулярных веществ могут привести к появлению дополнительных максимумов в температурной зависимости tg . Значения tg для неполярных полимеров лежат в пределах от 10 -4 до 10 -3 . Вблизи и выше Т с — температуры стеклования возможен рост tg при повышении температуры, что обусловлено повышением ионной проводимости полимера. Значения tg полярных полимеров в сильной степени зависят от частоты и температуры, что ограничивает их применение при высоких частотах.

Электрическая прочность Е пр с повышением температуры резко снижается в области Т с для аморфных и Т пл для кристаллических полимеров. Полярные полимеры имеют более высокую Е пр , чем неполярные в области комнатных и низких температур.

Нагревостойкость полимерных материалов . Длительная рабочая температура линейных полимеров за исключением фторсодержащих полифенилов не превышает 120 о С , особенно нагревостойкость кремнийорганических и некоторых элементоорганических полимеров, длительная рабочая температура которых достигает 180 — 200 о С . Высокую устойчивость к действию повышенной температуры проявляют полимеры пространственного строения.

Природные полимеры — целлюлоза, шеллак, лигнин, латекс, протеин и искусственные , получаемые путем переработки природных — натуральный каучук, целлюлоза и др. сыграли большую роль в современной технике. В некоторых областях, например в целлюлозо-бумажной промышленности они остаются незаменимыми. Однако для производства и потребления диэлектрических материалов в настоящее время наибольшее значение имеют синтетические полимеры .

Синтетические полимеры

Линейные неполярные полимеры. К неполярным полимерам с малыми диэлектрическими потерями относятся полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, получаемые полимеризацией. Мономерные звенья макромолекул этих полимеров не обладают дипольным моментом. Эти полимеры имеют наибольшее техническое значение из материалов, получаемых полимеризацией.

Линейные полярные полимеры. По сравнению с неполярными полимерами материалы этой группы обладают большими значениями диэлектрической проницаемости ( =3 — 6 ) и повышенными диэлектрическими потерями ( tg=1 . 10 -2 — 6 . 10 -2 на частоте 1МГц ). Такие свойства обусловливаются асимметричностью строения элементарных звеньев макромолекул, благодаря чему в этих материалах возникает дипольно-релаксационная поляризация.

Читайте так же:
Телефоны с виндовс розетка

Удельное поверхностное сопротивление этих материалов сильно зависит от влажности окружающей среды. К числу этих полимеров относятся поливинилхлорид, фторолон-3 (политрифторхлорэтилен), полиамидные смолы. Для электротехнических целей эти полимеры применяются в основном как изоляционные и конструкционные в диапазоне низких частот.

Эпоксидная диановая смола

Линейный кремнийорганический полимер

Фенолформальдегидная смола

Полимеры, получаемые поликонденсацией . В зависимости от особенностей проведения реакции поликонденсации могут быть получены полимеры как с линейной, так и с пространственной или сетчатой структурой молекул. В связи с тем, что при поликонденсации происходит выделение низкомолекулярных побочных продуктов, которые не всегда могут быть полностью удалены из полимера, диэлектрические параметры поликонденсационнных полимеров несколько ниже, чем у получаемых с помощью полимеризации. Однако поликонденсационные полимеры могут быть получены с рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение для материалов, применяемых в электротехнических целях. Так, линейные поликонденсационные полимеры имеют высокую прочность и большое удлинение при разрыве. Многие из них способны вытягиваться в тонкие нити, из которых можно получать электроизоляционные ткани, пряжу. Некоторые полимеры применяются для изготовления пленочных матриалов. Поликонденсационные полимеры с линейной структурой макромолекул, которым присущи свойства термопластичных материалов в исходной стадии, являются в своей конечной стадии термореактивными и широко применяются как связующее в пластмассах в качестве лаковой основы и в производстве слоистых пластиков.

Из числа наиболее широко применяемых поликонденсационных полимеров можно назвать фенолформальдегидные , эпоксидные , кремнийорганические , полиэфирные.

Фенолформальдегидная смола (резол), молекулы которой при нагревании легко переходят в пространственное строение благодаря наличию релаксационноспособных групп (-CH 2 OH-)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector